Kurioza naukowe / Scientific curiosities ISSN 1176-7545; rok XV; No 3526

Zestawienie tematyczne prowadzone na bieżąco

notka poprzednia                                     zestawienie miesięczne                                           notka następna

 

Jedno zdumienie dziennie...

 

.

Wielkość genomu i jego biologiczna rola.

Wielkość genomu wyrażamy na różne sposoby. Najbardziej łatwym dla przedstawienia go sobie jest wyrażanie liczbą par zasad zawartych w jednym komplecie genetycznym komórki jądrowej (komórce haploidalnej). Nazwano to bp albo Bp - base pairs - i wartość tę można dokładnie wyznaczyć po pełnym sekwencjonowaniu genetycznych zasobów komórki danego gatunku. Sekwencjonowanie tak olbrzymich zestawów materiału genetycznego stało się możliwe dopiero niedawno dzięki automatycznym analizatorem odczytujących kolejność literek zawartych w genomie. Ale analizatory robią to tylko dla krótkich kawałków DNA. Potem te kawałki trzeba składać w poprawnej kolejności, co jest już zadaniem bardzo wyszukanych programów komputerowych pracujących na wielkich komputerach.
Ostatnio określono tę wielkość dla amerykańskiej sosny loblolla (Pinus taeda). Właśnie to okazałe drzewo ma olbrzymi genom wynoszący 22,18 miliardów par zasad (22 G bp), aż siedmiokrotnie więcej niż zawiera genom człowieka. Jest to pokaźne i ważne dla gospodarki drzewo, może przekraczać 50 m wysokości. W tym olbrzymim genomie aż  82 procent stanowią sekwencje powtarzające się. Powtarzalność sekwencji DNA u człowieka wynosi tylko 25 procent całości genomu. 
Z biochemicznego punktu widzenia najważniejsza jest ta część zapisu genetycznego, która koduje niezbędne dla procesów życiowych białka, a więc liczba genów zawartych w danym genomie. U sosny loblolla naliczono aż 50.172 genów zawartych w kodujących odcinkach genomu. Większość to geny duplikowane potrafiące wytworzyć te same białka enzymatyczne. To jakby zdwojony park maszynowy organizmu.
Oznaczania sekwencji kodu tak wielkiego genomu jak sosny loblolla napotyka na wiele trudności. O złożoności tego procesu świadczyć może fakt, w przypadku omawianego genomu ostateczną sekwencję trzeba było złożyć aż z 16 miliardów małych fragmentów. Gruby tom książki drukowanej ma milion czy dwa miliony literek. A tu mamy do czynienia z sieczką zdań wyciętych z kilkunastu tysięcy tomów, zdań o różnej długości pomieszanych bez ładu i składu jakby w olbrzymiej skrzyni. Uporządkowania dokonać może tylko bardzo sprawny super-komputer pracujący dość długo nad jedną składanką. Najważniejsza część tej pracy to odszukanie sekwencji podwajających się i ich odrzucenie. Tak odchudzony zestaw może być nawet stukrotnie mniejszy niż pierwotna całość. Dopiero wtedy następuje połączenie wszystkiego w łańcuch o poprawnej sekwencji. Genom omawianego gatunku sosny jest największym z dotąd w pełni sekwencjonowanych genomów. 
Na drugim końcu skali wielkości genomów roślin znajduje się rzęsa wielokorzeniowa (Spirodela polyrhiza, należąca do jednoliściennych) dysponująca zaledwie 158 milionami par zasad, także już w pełni sekwencjonowana. Oto zestawienie wielkości genów różnych grup systematycznych organizmów żywych.


Wielkości genomów w bp
kolejnomykoplazma; bakterie gram-pozytywne; b. gram-negatywne; grzyby/pleśnie; glony; robaki; skorupiaki; szkarłupnie; owady; mięczaki; ptaki; ryby kostnoszkieletowe; ryby chrzęstnoszkieletowe, gady; ssaki; płazy; rośliny kwiatowe 
(prezentacja niezbyt zgodna z nowoczesną systematyką.

Dla porównania popatrzmy na liczbę kodowanych genów. Caenorhabditis, nicień stanowiący materiał do zasadniczych badań genetycznych, ma znaną liczbę komórek liczoną zaledwie w setkach, powstawanie każdej komórki zostało dokładnie opisane, dysponuje 18.000 genów, liczba genów bakterii rzędu kilku tysięcy. Znana wszystkim muszka owocowa (Drosophila) ma 13.600 genów, a więc mniej niż wspomniany nicień, organizm znacznie prostszy. U człowieka początkowo naliczono aż 100.000 genów, ale potem doliczono się tylko 30.000, a ostatnio liczbę tę obniżono do 19.000, na dodatek 34 procent genomu człowieka to komponenty pochodzenia wirusowego, co budzi zdumienie i wymaga wnikliwych badań. Tak więc nie widać związku między wielkością genomu, liczbą kodowanych genów i złożonością czy pozycją ewolucyjną organozmów.

Niepokój ciągle budzi ów pogardzany jakby śmieciowy DNA. Pewną próbą poznania roli DNA śmieciowego podjął Drake. Już w roku 1991 zauważył, że liczba mutacji jest mniejsza u organizmów o dużym zasobie DNA, co wydaje się sprzeczne z mechanizmem powstawania mutacji. Teoretycznie im większa jest cząsteczka polimeru, tym większe prawdopodobieństwo wywołania weń zmian chociażby przez promieniowanie kosmiczne. Reguła Drake'a nie znajduje, jak dotąd wytłumaczenia, no i odnosi się do genomów wirusów i organizmów jednokomórkowych. Jeśli ta reguła obejmowałaby i organizmy wyższe, wielokomórkowe, mogłoby to wyjaśniać dlaczego organizmom tym opłaca się produkować znaczne ilości DNA, substancji kosztownej pod względem energetycznym. 

W tym miejscu trzeba zwrócić uwagę na epigenetykę. Tu należy oczekiwać zmian i rewolucję w genetyce klasycznej. Okazuje się, że w pewnym stopniu można wrócić do Lamarcka i zakwestionować zasadniczą prawdę genetyki współczesnej na podstawie której nie ma możliwości dziedziczenia cech nabytych. Współczesne badania wskazują, że cechy nabyte lub przeżyte stany biochemiczne mogą być przekazywane dziedzicznie, pozostawiają trwały ślad w materiale genetycznym i wpływają na metabolizm w drugim, a nawet trzecim pokoleniu (jak długo, to jeszcze nie wiadomo).  Są podstawy by przypuszczać, że dziedzinie to polega właśnie na zmianach zachodzących w owym śmieciowym DNA. Jeżeli to zostanie w pełni udokumentowane, można oczekiwać rewolucji w genetyce i przyznania odpowiedniej roli pogardzanemu śmieciowemu DNA.

w tle kora sosny
[QZE12::038];QEQ53102,119,191;QEQ52004,5;QEQ43155;QEP77194;QEQ33031
w sieci: 31.8.2014; nr 3526

 

 


witrynę prowadzi
© R. Antoszewski
Titirangi, Auckland, 
Nowa Zelandia

(wybrane do publ. R. Antoszewskiego)

  Site Meter